Характеристика схем ветрового проветривания карьеров

Название схемы	Проветривание подветренного борта карьера	Проветривание наветренного борта карьера
1. Прямоточная 2. Рециркуляционная 3. Рециркляционно-прямоточная 4. Прямоточно-рециркуляционная	1. Прямым воздушным потоком 2. Рециркуляционным воздушным потоком 3. Рециркуляционным воздушным потоком 4. Прямым и рециркуляционным воздушными потоками	1. Прямым воздушным потоком 2. Прямым и рециркуоляционным воздушными потоками 3. Прямым воздушным потоком 4. Прямым и рециркуляционными воздушными потоками или только прямыми

Прямоточная схема проветривания характерна для карьеров с углами откоса подветренного борта а < 15° при равном опереже­нии уступов этого борта один относительно другого (рис. 1.5). В этом случае ветровой поток, движущийся со скоростью и_в, при при­ближении к верхней бровке подветренного борта начинает расши­ряться в сторону выработанного пространства под некоторым при­мерно постоянным углом (величина этого угла, определявшаяся в натурных условиях (рис. 1.6), находится в пределах 12-16° [4]) без срыва струй потока с твердой поверхности в точке О вследствие небольшого угла откоса а. Встретив наветренный борт карьера, поток воздуха поворачивает вверх, двигается вдоль этого борта и сужается.

При прямоточной схеме проветривания в карьере не образу­ются застойные зоны сколько-нибудь значительных размеров. С точки зрения выноса вредностей прямоточная схема является наи­более эффективной. Условия проветривания тем лучше, чем мень­ше угол откоса бортов карьера, так как с его увеличением возрас­тает степень расширения воздушного потока и, следовательно, уменьшается скорость движения воздуха.

Необходимо, однако, отметить то, что при прямоточной схеме условия проветривания подветренного и наветренного бортов не одинаковы. Подветренный борт при этой схеме всегда продувает­ся чистым воздухом, поступающим с поверхности. К наветренно­му борту поступает воздух, омывший подветренный борт и дно ка­рьера и, таким образом, уже содержащий определенное количе­ство вредностей.

Рис. 1.5. Прямоточная схема проветривания карьера

Рис. 1.6. Траектория полета уравновешенного аэростатного зонда в карьерном пространстве (ПВ - пункт выпуска): 1-7— точки расположения зонда в фиксируемые моменты времени

Рециркуляционная схема проветривания возникает при углах откоса подветренного борта карьера α₁ > 15° (рис. 1.7). При таких значениях а₁ ветровой поток, расширяясь в сторону выработанно­го пространства под углом α₂ ≈ 15°, отрывается от твердой грани­цы в точке О и распространяется в карьерном пространстве в виде плоско-параллельной свободной струи с границами φ, и φ₂. Выше границы φ₁, скорость воздушного потока стабилизируется и стано­вится равной скорости ветра u₂. Свободная струя при достижении в точке В наветренного борта разделяется на две части. Верхняя ее часть (объем между линиями ОРА и ОР₁В), двигаясь вдоль усту­пов вверх, выходит на поверхность. Нижняя (объем между линия­ми ОР₁В и ОР₁О) — поворачивает вниз и, двигаясь в направлении, противоположном первоначальному, образует турбулентную струю второго рода, которая на участке ОР₂ втекает в основной поток. Таким образом, в зоне ОР₁ ВО₁ Р₃С происходит многократная цир­куляция, или рециркуляция, одних и тех же объемов воздуха.

Рис. 1.7. Рециркуляционная схема проветривания карьера

Следует отметить, что точка О₁ пересечения границы ф₂ свободной струи первого рода с поверхностью карьера не обязательно должна совпадать с вершиной угла, образованного дном и наветренным бортом карьера. Так, если размер карьера в направлении ветра будет меньше, чем на рис. 1.7, точка О₁ будет находиться на наветренном борту, приближаясь к точке К по мере сокращения размера карьера. Наоборот, при размере карьера в направлении ветра большем, чем на рис. 1.7, точка О_г будет располагаться на дне карьера.

При значительном удалении точки О, от наветренного борта, ее положение совпадет с положением точки В (рис. 1.8). В резуль­тате весь наветренный борт будет проветриваться прямым воздуш­ным потоком. Такая схема движения воздуха получила название рециркуляционно-прямоточная.

Рис. 1.8. Рециркуляционно-прямоточная схема проветривания карьера

При переменных углах откоса подветренного борта карьера возможна прямоточно-рециркуляционная схема проветривания (рис. 1.9), когда верхняя пологая часть подветренного борта про­дувается по прямоточному режиму, а нижняя крутая часть — по рециркуляционному.

Рис. 1.9. Прямоточно-рециркуляционная схема проветривания карьера

Рециркуляционные движения воздуха осложняют процесс аэрации карьеров. Эффективность ветрового проветривания сни­жается с увеличением объема зоны рециркуляции.

При комбинированных схемах естественного проветривания карьеров происходит совместное проявление сил и законов дви­жения воздуха, рассмотренных выше применительно к отдельным «чистым» ветровым и тепловым схемам. В этих случаях темпера­турная стратификация атмосферы отличается от адиабатической, и ветровой поток распространяется в карьерном пространстве на фоне усиления вертикальных движений воздуха (реальные гради­енты температуры больше адиабатического) или их ослабления (реальные градиенты температуры меньше адиабатического). В результате этого перемешивание вредностей в атмосфере карье­ра и их вынос за пределы выработанного пространства будут про­исходить более или менее интенсивно, чем при ветровых схемах аэрации (табл. 1.2).

Таблица 1.2